發電機自動電壓調節器設計

楊樹濤　賀天章　楊沛

摘 要： 電壓調節器控制發電機的輸出電壓，在負載變化時，電壓調節器通過檢查輸出電壓，自動調節勵磁電流，使發電機的輸出電壓穩定。傳統的電壓調節器通過調節功率晶體管控制極的電壓或者調節晶閘管的導通角調節勵磁電流，這些方法要么能耗大，要么電壓調節瞬態響應差。這里設計了基于SG3525控制的Buck電路，通過調節功率開關管的PWM占空比調節勵磁電流。為了平穩調節輸出電壓，硬件平臺上設計了PI調節和軟啟動，并具有過壓欠壓保護和過勵磁電流保護等功能。最后設計硬件平臺驗證設計的合理性。

關鍵詞： 勵磁電流； Buck電路； PI控制； PWM

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）17?0100?03

Abstract： The generator′s output voltage is controlled by AVR （automatic voltage regulator）. When the load changes， AVR regulates field current automatically to keep the generator′s voltage invariable by checking the output voltage. Traditional AVR regulates field current by controlling the giant transistor′s base electrode voltage or thyristor conduction angle. These ways consume much more energy or have a bad transient response. A Buck system controlled by SG3525 is designed in this paper， which regulates the field current by adjusting the PWM duty cycle of power switch. PI control and soft start are designed on the hardware platform to regulating the generator′s output voltage reposefully. In addition， low voltage protection， high voltage protection and high field current protection were designed in the system. The rationality of the regulator was verified by an experimental prototype.

Keywords： field current； Buck circuit； PI control； PWM

0 引 言

自動電壓調節器簡稱AVR，通過檢測發電機輸出端的電壓，自動調節發電機勵磁繞組的勵磁電流，使發電機輸出電壓穩定在一定范圍。AVR一般以發電機輸出電壓為電源，當發電機輸出電壓未達到設定值時，增大勵磁繞組的勵磁電流，反之，減小勵磁。

AVR主要有觸點式、晶體管式、晶閘管式、PWM調節式。觸點式電壓調節器通過控制電磁鐵觸點開閉，接通和斷開磁場電路，來改變磁場電流，由于電磁鐵開關速度低，觸點易損壞，目前已基本淘汰。晶體管式電壓調節器通過調節晶體管控制極電壓來調節流過晶體管的電流，多余的能量由晶體管以熱的形式消耗，在大功率發電機中該方式能量浪費嚴重，AVR散熱困難。晶閘管式電壓調節器通過削波調節晶閘管的導通角，在AVR輸入電壓高，發電機所需的勵磁電流較小時，發電機勵磁電流斷續、波動大，導致發電機輸出電壓不穩定，動態相應差。PWM式電壓調節器通過控制功率開關管通斷的時間來調節勵磁電流，PWM一般工作在高頻，設備體積小，發熱量小，動態相應快，應用廣泛。

5 總 結

AVR自動調節發電機的勵磁電流，使發電機的輸出電壓不受負載變化的影響。本文設計的以SG3525為控制核心的PWM調節式AVR，采用負反饋閉環控制，設計了積分電路，頻率檢測電路，過、欠壓保護電路，并設計了硬件電路檢驗設計的正確性。

參考文獻

[1] 深圳屹晶微電子有限公司.EG3525芯片用戶手冊V1.0[M].深圳：深圳屹晶微電子有限公司，2011.

[2] National Semiconductor. Application note [M]. USA： National Semiconductor， 1976： 7?8.

[3] 倪海東，蔣玉萍.高頻開關電源集成控制器[M].北京：機械工業出版社，2005.

[4] 王兆安，黃俊.電力電子技術[M].北京：機械工業出版社，2003.

[5] 張利國，高靜.基于AVR單片機的高可靠性開關量模塊的設計[J].現代電子技術，2012，35（20）：146?148.

[6] 梁濤.基于準諧振型軟開關的高頻開關電源變換器[J].現代電子技術，2011，34（24）：6?7.

摘 要： 電壓調節器控制發電機的輸出電壓，在負載變化時，電壓調節器通過檢查輸出電壓，自動調節勵磁電流，使發電機的輸出電壓穩定。傳統的電壓調節器通過調節功率晶體管控制極的電壓或者調節晶閘管的導通角調節勵磁電流，這些方法要么能耗大，要么電壓調節瞬態響應差。這里設計了基于SG3525控制的Buck電路，通過調節功率開關管的PWM占空比調節勵磁電流。為了平穩調節輸出電壓，硬件平臺上設計了PI調節和軟啟動，并具有過壓欠壓保護和過勵磁電流保護等功能。最后設計硬件平臺驗證設計的合理性。

關鍵詞： 勵磁電流； Buck電路； PI控制； PWM

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）17?0100?03

Abstract： The generator′s output voltage is controlled by AVR （automatic voltage regulator）. When the load changes， AVR regulates field current automatically to keep the generator′s voltage invariable by checking the output voltage. Traditional AVR regulates field current by controlling the giant transistor′s base electrode voltage or thyristor conduction angle. These ways consume much more energy or have a bad transient response. A Buck system controlled by SG3525 is designed in this paper， which regulates the field current by adjusting the PWM duty cycle of power switch. PI control and soft start are designed on the hardware platform to regulating the generator′s output voltage reposefully. In addition， low voltage protection， high voltage protection and high field current protection were designed in the system. The rationality of the regulator was verified by an experimental prototype.

Keywords： field current； Buck circuit； PI control； PWM

0 引 言

自動電壓調節器簡稱AVR，通過檢測發電機輸出端的電壓，自動調節發電機勵磁繞組的勵磁電流，使發電機輸出電壓穩定在一定范圍。AVR一般以發電機輸出電壓為電源，當發電機輸出電壓未達到設定值時，增大勵磁繞組的勵磁電流，反之，減小勵磁。

AVR主要有觸點式、晶體管式、晶閘管式、PWM調節式。觸點式電壓調節器通過控制電磁鐵觸點開閉，接通和斷開磁場電路，來改變磁場電流，由于電磁鐵開關速度低，觸點易損壞，目前已基本淘汰。晶體管式電壓調節器通過調節晶體管控制極電壓來調節流過晶體管的電流，多余的能量由晶體管以熱的形式消耗，在大功率發電機中該方式能量浪費嚴重，AVR散熱困難。晶閘管式電壓調節器通過削波調節晶閘管的導通角，在AVR輸入電壓高，發電機所需的勵磁電流較小時，發電機勵磁電流斷續、波動大，導致發電機輸出電壓不穩定，動態相應差。PWM式電壓調節器通過控制功率開關管通斷的時間來調節勵磁電流，PWM一般工作在高頻，設備體積小，發熱量小，動態相應快，應用廣泛。

5 總 結

AVR自動調節發電機的勵磁電流，使發電機的輸出電壓不受負載變化的影響。本文設計的以SG3525為控制核心的PWM調節式AVR，采用負反饋閉環控制，設計了積分電路，頻率檢測電路，過、欠壓保護電路，并設計了硬件電路檢驗設計的正確性。

參考文獻

[1] 深圳屹晶微電子有限公司.EG3525芯片用戶手冊V1.0[M].深圳：深圳屹晶微電子有限公司，2011.

[2] National Semiconductor. Application note [M]. USA： National Semiconductor， 1976： 7?8.

[3] 倪海東，蔣玉萍.高頻開關電源集成控制器[M].北京：機械工業出版社，2005.

[4] 王兆安，黃俊.電力電子技術[M].北京：機械工業出版社，2003.

[5] 張利國，高靜.基于AVR單片機的高可靠性開關量模塊的設計[J].現代電子技術，2012，35（20）：146?148.

[6] 梁濤.基于準諧振型軟開關的高頻開關電源變換器[J].現代電子技術，2011，34（24）：6?7.

摘 要： 電壓調節器控制發電機的輸出電壓，在負載變化時，電壓調節器通過檢查輸出電壓，自動調節勵磁電流，使發電機的輸出電壓穩定。傳統的電壓調節器通過調節功率晶體管控制極的電壓或者調節晶閘管的導通角調節勵磁電流，這些方法要么能耗大，要么電壓調節瞬態響應差。這里設計了基于SG3525控制的Buck電路，通過調節功率開關管的PWM占空比調節勵磁電流。為了平穩調節輸出電壓，硬件平臺上設計了PI調節和軟啟動，并具有過壓欠壓保護和過勵磁電流保護等功能。最后設計硬件平臺驗證設計的合理性。

關鍵詞： 勵磁電流； Buck電路； PI控制； PWM

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）17?0100?03

Abstract： The generator′s output voltage is controlled by AVR （automatic voltage regulator）. When the load changes， AVR regulates field current automatically to keep the generator′s voltage invariable by checking the output voltage. Traditional AVR regulates field current by controlling the giant transistor′s base electrode voltage or thyristor conduction angle. These ways consume much more energy or have a bad transient response. A Buck system controlled by SG3525 is designed in this paper， which regulates the field current by adjusting the PWM duty cycle of power switch. PI control and soft start are designed on the hardware platform to regulating the generator′s output voltage reposefully. In addition， low voltage protection， high voltage protection and high field current protection were designed in the system. The rationality of the regulator was verified by an experimental prototype.

Keywords： field current； Buck circuit； PI control； PWM

0 引 言

自動電壓調節器簡稱AVR，通過檢測發電機輸出端的電壓，自動調節發電機勵磁繞組的勵磁電流，使發電機輸出電壓穩定在一定范圍。AVR一般以發電機輸出電壓為電源，當發電機輸出電壓未達到設定值時，增大勵磁繞組的勵磁電流，反之，減小勵磁。

AVR主要有觸點式、晶體管式、晶閘管式、PWM調節式。觸點式電壓調節器通過控制電磁鐵觸點開閉，接通和斷開磁場電路，來改變磁場電流，由于電磁鐵開關速度低，觸點易損壞，目前已基本淘汰。晶體管式電壓調節器通過調節晶體管控制極電壓來調節流過晶體管的電流，多余的能量由晶體管以熱的形式消耗，在大功率發電機中該方式能量浪費嚴重，AVR散熱困難。晶閘管式電壓調節器通過削波調節晶閘管的導通角，在AVR輸入電壓高，發電機所需的勵磁電流較小時，發電機勵磁電流斷續、波動大，導致發電機輸出電壓不穩定，動態相應差。PWM式電壓調節器通過控制功率開關管通斷的時間來調節勵磁電流，PWM一般工作在高頻，設備體積小，發熱量小，動態相應快，應用廣泛。

5 總 結

AVR自動調節發電機的勵磁電流，使發電機的輸出電壓不受負載變化的影響。本文設計的以SG3525為控制核心的PWM調節式AVR，采用負反饋閉環控制，設計了積分電路，頻率檢測電路，過、欠壓保護電路，并設計了硬件電路檢驗設計的正確性。

參考文獻

[1] 深圳屹晶微電子有限公司.EG3525芯片用戶手冊V1.0[M].深圳：深圳屹晶微電子有限公司，2011.

[2] National Semiconductor. Application note [M]. USA： National Semiconductor， 1976： 7?8.

[3] 倪海東，蔣玉萍.高頻開關電源集成控制器[M].北京：機械工業出版社，2005.

[4] 王兆安，黃俊.電力電子技術[M].北京：機械工業出版社，2003.

[5] 張利國，高靜.基于AVR單片機的高可靠性開關量模塊的設計[J].現代電子技術，2012，35（20）：146?148.

[6] 梁濤.基于準諧振型軟開關的高頻開關電源變換器[J].現代電子技術，2011，34（24）：6?7.